The wave model of martensite growth for the FCC-BCC transformation of iron-based alloys
这本书是科学文献中的第一本专著，致力于铁基合金中的FCC-BCC转变，其中动力学方法用于解释马氏体生长阶段。冷却马氏体晶体的快速生长被认为是一个由准纵向晶格位移波（DW）控制的自组织过程。DW初始激励的状态是刚性的。DW具有来自超声波带的频率~ $10^{10} sec^{-1}$和提供变形水平~ $10^{-3}$的振幅。分析了非平衡d电子产生DW的必要条件。广泛的问题（从电子光谱的特性宏观形态指标），与铁基合金的FCC-BCC马氏体相变的物理解释，进行了讨论。在专着的结论中给出了对建立描述马氏体形核过程的物理模型具有根本意义的结果的简短回顾。结果表明，非均匀形核和波动长大过程与FCC-BCC马氏体相变有着遗传联系。最后一位作者的结果揭示了FCC-BCC马氏体相变的所有替代品的马氏体晶体形成的物理机制控制过程的特点的简短回顾给出了专着的结语。
2010-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics and thermodynamics of bcc iron at pressure: first-principles linear response study
在广义梯度近似下，采用第一性原理线性响应线性muffintin轨道方法计算了铁磁性体心立方铁的晶格动力学和热状态方程性质。计算的声子色散和声子态密度，无论是在环境压力和高压下，表现出良好的一致性与非弹性中子散射数据。我们发现的自由能作为体积和温度的函数，包括电子激发和声子的贡献，我们推导出各种热力学性质在高压和高温。室温下的热状态方程与金刚石压砧测量结果吻合得很好。我们已经进行了详细的调查的行为的各种热状态方程参数，如体积模量，热膨胀系数，安德森-Gruneisen参数，Gruneisen比，以及作为温度和压力的函数的热容。一个详细的比较已与现有的实验测量，以及从类似的理论研究的结果，钽。
2005-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Molecular static simulation of edge dislocation core in bcc iron
用改进的分子静力学方法模拟了体心立方铁中的位错芯结构。这种方法的一个特点是应用迭代过程，其中的原子结构在附近的缺陷和常数，确定沉浸在弹性连续体中的原子的位移计算在一个自洽的方式。按照上述方法，我们开发了一个模型，用于计算刃型位错的原子结构，考虑到周围的主要计算单元的弹性介质的各向异性。考虑到各向异性引入一个明确的角度依赖性的位错所产生的弹性场的参数：伯格斯矢量和泊松比的大小。对Burgers矢量沿[100]方向的劈裂位错进行了模拟。文中给出了迭代算法的收敛性，并考虑了计算单元大小对结果的影响。计算结果为：体心立方铁中位错的原子结构、描述离位错线大距离处的弹性位错场的参数的角度依赖性以及整个模拟区域中的应变张量分量。
2020-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic fracture in bcc iron revealed by active learning of Gaussian approximation potential
体心立方（bcc）铁的原子断裂机制的预测是理解其半脆性的本质。现有的基于经典原子间作用势的I型载荷下裂纹尖端变形机制的原子模拟产生了相互矛盾的预测。为了使断裂预测与量子精度，我们开发了一个高斯近似势（GAP）使用主动学习策略，通过扩展铁磁体心立方铁的密度泛函理论（DFT）数据库。我们应用主动学习算法，并获得一个Fe GAP模型的最大预测误差为8毫电子伏/原子在广泛的应力强度因子（SIF）和四个裂纹系统。分析了该方法的学习效率，并将预测的临界应力强度因子与Griffith和Rice理论进行了比较。模拟结果表明，在T= 0 K时，{100}和{110}裂纹面的裂尖机制均为沿原裂纹面的解理，从而解决了一个长期存在的争论。我们的工作还强调了需要一个多尺度的方法来预测断裂和内在的延展性，有限的温度，有限的加载速率的影响和预先存在的缺陷（如纳米空隙，位错）应明确考虑。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Modeling changes in atomic structure around a vacancy with increasing temperature and calculation of temperature dependences of vacancy characteristics in bcc iron
本文提出自然恒温器算法模拟温度对原子间距离的影响，发现含空位系统中前十个配位球半径随温度线性增加，但系数不同于完美晶体热膨胀系数，并计算了bcc铁中空位形成能与弛豫体积的温度依赖性，对精确计算原子扩散系数具有重要意义。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Interactions between Coherent Twin Boundaries and Phase Transition of Iron under Dynamic Loading and Unloading
在高压下，许多体心立方金属中经常出现相变和形变孪晶，它们之间的相互作用对于理解这些金属在极端条件下的强化机制具有重要意义。然而，体心立方金属中孪晶之间的相互作用和相变在很大程度上仍然是未知的。本文采用非平衡分子动力学模拟和轻推弹性带方法研究了共格孪晶界与铁的$α\to ε$相变之间的相互作用。研究了孪晶辅助相变和反向相变的机制，发现BCC和HCP相之间的取向关系为<11-1>BCC|| HCP<-12-10>和<1-10>BCC||两<0001>种情况下的HCP。孪晶界对应于相变后。令人惊讶的是，反向跃迁似乎能够“记忆”并恢复最初的BCC双胞胎。在反向相变前的HCP相中发生塑性滑移时，记忆将部分丧失。在恢复的初始体心立方孪晶中，观察到三个主要的孪晶间距，这很好地解释了从HCP相到体心立方孪晶转变的能垒。此外，还讨论了孪晶辅助相变的变量选择规则。本文的研究结果可望为在马氏体相变材料中制备超细晶组织提供一些线索。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Role of vibrational entropy in the stabilization of the high-temperature phases of iron
研究了常压下纯铁（α-Fe，γ-Fe和δ-Fe）bcc和fcc相在各自相变温度附近的声子色散。在开放的bcc结构中，沿T1 [π π 0]和T1 [π π 2 π]的横声子具有特别低的能量。这些声子的本征矢量对应于向fcc γ相转变所需的位移。特别是这些声子，而且所有其他声子随着温度的升高而显著软化。比较fcc和两个bcc相的热力学性质，结果表明，高温bcc相主要是由振动熵稳定，而对于fcc相的稳定，电子熵提供了同等的贡献。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Interatomic exchange coupling of BCC iron
我们对体心立方铁中原子间的交换相互作用进行了第一性原理计算。我们的结果表明，EI的体积依赖性偏离Bethe-Slater曲线相当大。这种行为进行了讨论的网站和/或网站间的直接交换电子之间的相互作用。
2010-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Atomistic Graph Neural Networks for metals: Application to bcc iron
基于从头算精确模拟的晶体的原子结构和性质（包括缺陷）的预测对于揭示控制金属的微观和宏观行为的纳米尺度机制是必不可少的。密度泛函理论（DFT）可以实现对这些性质中的一些性质的量子精确预测，但是计算成本很高，因此仅限于约1,000个原子的系统。为了以量子精度预测涉及数千到数百万个原子的纳米级结构的力学行为，最近开发了机器学习原子间势。在这里，我们探索了基于图神经网络（GNNs）的一类新的原子间势的性能，这是深度学习的一个最新研究领域。两个国家的最先进的GNN模型被认为是，SchNet和DimeNet，并在广泛的铁磁性体心立方铁的DFT数据库上训练。我们发现，包括三体项的DimeNet GNN Fe势可以用DFT精度再现状态方程和贝恩路径，以及缺陷配置（空位和表面）。据我们所知，这是GNN再现体心立方铁中缺陷能量学的能力的第一次证明。我们提供了DimeNet的开源实现，可用于训练其他金属系统，以进一步探索GNN功能。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
The effect of Hydrogen atom on the Screw Dislocation Mobility in BCC Iron: A First-Principles Study
利用第一性原理计算研究了氢对体心立方（bcc）铁中螺位错运动的影响，结果表明，在一定的温度范围内，螺位错运动速度会增加.通过对有限尺寸效应的仔细估计，计算了不同氢位置和位错组态下螺位错与氢原子的相互作用能，并估算了氢原子与稳定螺位错组态的最强结合能为$256\pm32$ meV.这些结果被纳入一个线张力模型的弯曲位错线阐明氢的位错迁移过程中的效果。氢的软化和硬化效应，所造成的扭结形核焓和扭结捕获，分别进行了评估。预测了在较低的临界温度下软化和硬化行为之间的明显转变，这与实验观察定性一致。
2013-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Calculated phonon spectra of paramagnetic iron at the alpha-gamma phase transition
利用冻结声子方法实现的动力学平均场论，计算了铁在bcc-fcc相变时的晶格动力学性质。电子相关性被发现有很强的顺磁性铁在体心立方相的晶格稳定性的影响。我们对铁的结构相稳定性和晶格动力学性质的研究结果与实验符合得很好。
2011-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Physical nature of fcc-bcc martensitic transformation in iron based alloys
总结了作者提出的揭示马氏体晶体形成物理机制特征的模型。冷却马氏体晶体的快速生长被认为是一个由准纵向晶格位移波（DW）控制的自组织过程。结果表明，在自发的fcc-bcc马氏体相变中，非均匀形核和波动生长过程具有遗传联系。应变马氏体形成的博览会被认为是在一个晶体模型的背景下。
2005-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Kinetics of segregation formation in elastic field of edge dislocation in bcc iron
本文用计算机模拟方法研究了位错弹性场中杂质原子再分布的动力学。一部作品由几个阶段组成。第一种是用改进的分子静力学方法模拟了Burgers矢量沿[100]方向的位错核结构。第二个是获得的系数，确定的扩散系数矩阵的对角元素的应变张量的分量的影响，并在bcc铁中的碳原子通量的方程。第三阶段是用分子动力学方法模拟无缺陷晶体中碳原子的扩散特性。第四和最后阶段使用我们在第一阶段获得的关于原子结构的数据，以及在第二和第三阶段中计算的特征，是间隙原子偏析形成的模拟，其基于求解考虑位错产生的弹性形变的扩散方程。复杂的开发模型被用来分析偏析形成的动力学。3D图显示了在一定温度下不同时间内位错附近间隙原子的分布。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale simulation of atomic structure in the vicinity of nanovoids and evaluation of the shifting rates of the void surface elements in bcc iron and aluminum
我们使用一种新的变体的分子静力学模拟不同尺寸的纳米空洞附近的结构，其中在纳米空洞附近的原子结构和定义放置在弹性连续体中的原子的位移的参数在主计算单元周围的自洽的方式确定。然后，我们模型的不同晶面的表面结构。其次，得到了垂直于空泡表面的空泡表面单元移动速率的动力学方程。这些方程考虑了空位通量对应变和晶面表面能的依赖性。在下一节中，我们应用所获得的表达式和模拟结果来计算不同结晶方向的空洞表面元素的移动速率。体心立方和面心立方金属在不同结晶方向上的位移速率明显不同，并且对于该<100>方向，位移速率大大低于其他方向。
2022-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen segregation around a straight screw dislocation in bcc iron
Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (LaSIE) - UMR CNRS 7356（环境工程科学实验室）；Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) - UPR 3407（工艺与材料科学实验室）
通过神经网络势分子模拟和热力学框架，量化了bcc铁中螺位错核心结构、位点类型和浓度对氢结合能的影响，揭示了易核心构型在解释实验氢溶解度极限中的关键作用。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Achieving DFT accuracy with a machine-learning interatomic potential: thermomechanics and defects in bcc ferromagnetic iron
我们证明了高斯近似势机器学习框架可以描述复杂的磁势能面，以铁磁性铁作为典型的挑战性案例。训练数据库包括从广义梯度近似下的密度泛函理论获得的总能量、力和应力，并且包括大约150，000个局部原子环境，范围从原始和缺陷体配置到具有不同晶体学取向的表面和广义堆垛层错。我们发现GAP模型的结构，振动和热力学性质与直接从第一原理电子结构计算得到的结果非常一致。有很好的可移植性的数量，如Peierls能量障碍，这是确定在很大程度上由原子配置，不是训练集的一部分。我们观察到的好处和需要使用高度收敛的电子结构计算采样的目标势能面。最终的结果是一个系统的改进潜力，可以达到相同的精度的密度泛函理论计算，但在一小部分的计算成本。
2017-06-30 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies on electrical resistivity of iron under pressure
采用低阶变分近似和第一性原理线性响应线性Muffin-tin轨道方法在广义梯度近似下计算的理论输运谱函数，研究了bcc和hcp Fe的电阻率随温度和压力的变化关系.计算值与实验数据吻合较好，且随温度的升高而增大，随压力的升高而减小。我们还讨论了bcc -> hcp相变的电阻率行为。
2010-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Influence of Hydrogen on BCC Iron Grain Boundaries using the Kinetic Activation Relaxation technique (k-ART)
本文利用k-ART方法研究氢对BCC铁中Σ37和Σ3晶界的影响，发现氢在晶界处扩散更慢，且氢饱和晶界会稳定晶界并平滑能量势垒面，为氢相关材料设计提供见解。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Cubic to hexagonal iron phase transition promoted by interstitial hydrogen
利用从头计算密度泛函理论研究了间隙氢对铁沿Bain途径从bcc到hcp相变的热力学作用。杂质产生内部应力场，该应力场可以通过晶格的四元畸变释放，促进bcc（铁磁）$\rightarrow$ fcc（受抑反铁磁）$\rightarrow$ hcp（铁磁）转变。铁的晶格转变伴随着强烈的磁重组和晶胞体积的突然变化，这可能是铁在吸氢时脆化和机械失效的原因之一。
2011-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Influence of spin fluctuations on structural phase transitions of iron
用紧束缚（TB）模型研究了自旋涨落对铁中$α$（bcc）-$γ$（fcc）- $δ$（bcc）结构相变的影响.采用正交$d$价TB模型，结合热力学积分、自旋空间平均和Hamiltonian Monte Carlo方法，计算了体心立方铁和面心立方铁的自由能差随温度的变化.我们表明，TB模型捕获实验观察到的体心立方铁在高温下的声子谱。我们的计算表明，自旋涨落对$α$ - $γ$和$γ$ - $δ$相变都是至关重要的，但它们是通过不同的机制进入的。自旋涨落主要通过bcc和fcc铁之间的磁/电子自由能差影响$α$ - $γ$相变。相比之下，$γ$ - $δ$相变仅通过自旋-晶格耦合间接受到自旋波动的影响。结合这两种机制，我们用TB模型得到了$α$和$γ$相变.计算的相变温度与实验值非常吻合。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Molecular Dynamics and OKMC Study of Radiation Induced Motion of Voids and He Bubbles in BCC Iron
我们发现，邻近辐射损伤级联的空隙可以在其整体移动几个晶格间距。这是使用分子动力学级联模拟铁在1-5千电子伏的能量。利用OKMC程序进一步研究了这一机制的影响，结果表明，从1 × 10 ^-22 cm ^2/s到3 × 10 ^-20 cm ^2/s，空穴扩散增强了2个数量级。重复对He气泡的研究表明，空隙中存在氦气会抑制运动。
2013-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optimized Orthogonal Basis Tight Binding. Application to Iron
利用密度泛函理论中原子轨道线性组合方法与Slater Koster双中心紧束缚模型之间的形式联系，导出了铁原子的正交$d$带紧束缚模型，该模型只需要两个拟合参数.由此产生的紧束缚模型正确地预测了低能铁相的能量有序性，包括铁磁BCC，反铁磁FCC，HCP和拓扑密堆积结构。未包括在拟合中的测试结构的能量学与包括的能量学一样好地再现，从而证明了模型的可转移性。简单模型也给出了一个很好的描述的空位形成能在铁磁的BCC和FCC铁晶格。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of hcp/fcc nucleation and growth in bcc iron driven by uniaxial strain
采用分子动力学模拟研究了体心立方铁单晶在高应变率加载下的结构相变。我们研究了六方密堆积（hcp）和面心立方（fcc）相的形核和生长，以及它们的晶体取向依赖性。结果表明，相变压力对晶体取向的依赖性较小（沿[001]、[011]和[111]方向加载时，$\mathtt{\sim}$为14 GPa）。然而，[011]加载的混合相的压力间隔比沿其他方向加载的短得多。[001]方向加载时的温升幅度明显低于其它方向。用拓扑中程序分析方法研究了hcp/fcc形核过程。当沿[001]方向加载时，首先在（011）$_{\text{bcc}}$面内形成六角密排结构，并以少量面心立方原子为中间结构，逐渐长大为层状结构。当沿[011]和[111]方向加载时，观察到hcp和fcc结构沿$_{\text{bcc}}$ {110}面形核和生长，并对其形貌进行了讨论。
2009-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio melting temperatures of bcc and hcp iron under the Earth's inner core condition
关于地球内核条件下铁的稳定相存在着长期的争论。由于内核边界处的固液共存，固相的热力学稳定性与其熔化温度直接相关，这仍然存在很大的不确定性。在本研究中，我们利用一个半经验势拟合到高温从头算数据进行热力学积分从经典系统描述的潜力从头算系统。该方法为热力学积分提供了一条平滑的路径，并显著降低了有限尺寸效应引起的不确定性。结果表明，在铁的内核条件下，hcp相是纯铁的稳定相，而在熔化温度附近，hcp相和bcc相的自由能差很小，约为10 s meV/atom.
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
The phonon softening due to melting of the ferromagnetic order in elemental iron
我们研究的基本问题的晶格动力学的金属铁磁体的制度中，静态的长程磁序被取代的波动的本地时刻嵌入在金属主机。我们使用\textit{ab initio}密度泛函理论（DFT）+嵌入式动力学平均场论（eDMFT）泛函方法来研究铁多晶型的动力学稳定性和声子随温度的软化。我们表明，非谐波和非均匀声子软化测量铁是一个结果的熔融的长程铁磁秩序，是无关的一阶结构转变从BCC的FCC阶段，通常假设。我们预测，BCC结构是动态稳定的，在正常压力下，在所有温度下，只有BCC- $α$和BCC- $δ$相的铁之间的不稳定。
2018-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropy in interface stress at the BCC-iron solid-melt interface: molecular dynamics and phase field crystal modelling
固-熔界面处的界面应力一般是各向异性的。界面应力的各向异性可以使用分子动力学（MD）和相场晶体（PFC）模型来评估。在本文中，我们报告我们的结果评估的各向异性界面应力在体心立方固体与其熔体。具体来说，我们研究铁使用MD和PFC模型。我们发现，虽然MD和PFC可以用于评估，PFC和基于PFC的振幅方程给出定量一致的结果，MD和PFC的结果是定性相同的，但不匹配定量。我们还发现，即使在BCC中界面自由能只有弱的各向异性，界面应力的各向异性也很强。这种强的各向异性对这些材料在纳米尺度上的平衡形状、生长形态和其他性质具有影响。
2021-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic correlations determine the phase stability of iron up to the melting temperature
本文给出了考虑多体效应的顺磁体心立方铁的高温相稳定性和声子谱的理论结果。几个特点，包括一个明显的软化的[110]横向（T $_1$）模式和bcc晶格在谐波近似的动力学不稳定性被确定。我们将这些特征与铁中的$α$ -至- $γ$和$γ$ -至- $δ$相变联系起来。高温体心立方相被发现是高度非谐的，似乎是稳定的晶格熵。
2014-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of applied strain on radiation damage generation in body-centered cubic iron
体心立方（BCC）铁的辐射损伤已被广泛研究的计算机模拟量化的影响，温度，撞击粒子的能量，和外来粒子的存在。然而，有限的调查已经进行了机械应力和应变的影响。在反应堆的环境中，结构材料往往是机械应变，并扩大了解这种应变如何影响缺陷的产生可能是重要的预测在这种条件下的微观结构演变和损伤积累。在这项研究中，我们进行了分子动力学模拟，其中各种类型的均匀应变施加到BCC Fe和缺陷产生的影响进行了检查。据发现，体积守恒的剪切应变产生的缺陷通过在BCC铁级联的稳定数量没有统计上显着的变化。然而，发现导致体积变化的应变对缺陷产生显著影响。
2014-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic control of hydrogen ingress in bcc-Iron: Insights from ab initio simulations
通过从头算模拟研究体心立方铁表面氢渗透，发现弱吸附位点作为低势垒通道入口，提出表面织构或取向控制以抑制氢脆的设计规则。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Free energy generalization of the Peierls potential in iron
在体心立方（bcc）晶体中，${1}{2}111$螺旋位错由于其非平面芯结构而表现出高的固有晶格摩擦，这导致称为Peierls势（$U_P$）的周期性能量景观。决定塑性流动的主要特征，包括其应力和温度依赖性，可以直接从这个势导出，因此它很重要。在这封信中，我们使用热力学积分提供一个完整的热力学扩展的$U_P$体心立方铁。我们计算Peierls自由能路径作为应力和温度的函数，并表明临界应力消失在700 K，提供定性的元素，解释在非热极限的塑性行为。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Combined Molecular and Spin Dynamics Simulation of BCC Iron with Vacancy Defects
利用一个处理平移和自旋自由度的原子计算模型，结合分子和自旋动力学模拟已经进行了研究空位缺陷对自旋波激发在铁磁性铁。空间和时间位移的关联函数的傅立叶变换产生动态结构因子，提供自旋波模式的特征频率和寿命。与纯晶格数据的空位浓度为5%的系统的比较表明，频率的降低，以及观察到的所有横向自旋波激发的寿命减少。此外，一个崎岖的自旋波线形状为低q自旋波表明存在多个局部激发缺陷附近的网站，导致在减少激发寿命，由于增加的磁振子-磁振子散射。我们观察到的纵向自旋波谱中的峰变得不那么明显的磁振子-磁振子散射增加的进一步证据。
2018-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of Hydrogen on Dislocation Relaxation in BCC Iron: Atomistic Mechanisms and Implications
Indian Institute of Technology Bombay（印度孟买理工学院）
研究揭示氢原子通过影响位错核生成和迁移势垒，调控bcc铁中非弹性响应和内部摩擦弛豫的原子机制，并建立氢含量与内部摩擦损失因子的线性关系，为氢检测提供新方法。
2026-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexistence pressure for a martensitic transformation from theory and experiment: revisiting the bcc-hcp transition of iron under pressure
两相共存压力在一定温度下是一个明确的点。然而，在实验中，由于非流体静力学应力和应力相关的势能势垒，不同的测量产生不同的压力范围与滞后。考虑到这些影响，我们提出了一个不等式的理论值的多个测量间隔的比较。我们回顾了几十年来对铁的bcc - hcp转变的压力实验，这些实验对非流体静力学条件和样品尺寸敏感。从电子结构计算，我们发现bcc - hcp共存压力为8.4 GPa。我们构建的状态方程的竞争阶段在静水压力下，比较实验和其他计算，并解决所观察到的压力滞后和范围内的起始压力的成核相。
2014-12-19 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Experimental evidence of a body centered cubic iron at the Earth's core condition
地球内核中铁的晶体结构仍然存在争议。最近的实验表明，六方密堆积（hcp）相。在模拟中，人们普遍认为hcp-Fe在内核压力和相对较低的温度下是稳定的。然而，在高温下，一些研究表明在内核条件下存在体心立方（bcc）相。我们在激光加热的金刚石池中，用微观结构分析和$\textit{in-situ}$ x射线衍射相结合的方法，研究了铁在200万大气压以上（> 200 GPa）和5000 K以上高温下的晶体结构。实验证据表明，在堆芯压力和高温下出现bcc-Fe，在压力-温度空间中从约95 $\pm$ 2GPa和2986 $\pm$ 79 K到至少222 $\pm$ 6 GPa和4192 $\pm$ 104 K的hcp-bcc转变线。的稳定性场的趋势意味着一个稳定的bcc-铁在地球的内核的条件下，包括解释地球的内核的地震各向异性的强有力的候选人的影响。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Interplay between alloying and tramp element effects on temper embrittlement in bcc iron: DFT and thermodynamic insights
本文利用DFT和热力学模型研究bcc铁中合金元素与杂质对回火脆化的作用，发现As、Sb、Sn偏析显著削弱晶界结合力，而Mo主要通过增强结合力和排斥杂质来缓解脆化。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Cerium as a possible stabilizer of ThMn$_{12}$-type iron-based compounds: A first-principles study
用第一性原理计算研究了CeFe $_{12}$的结构稳定性。在Ce的三价和四价假设下，计算了CeFe $_{12}$相对于CePDMATHABMN Fe $_{17}$ + bcc-Fe相和CeFe $_{2}$ + bcc-Fe相的形成能.将这些值与$R$ Fe $_{12}$中$R=$ Nd、Sm和Zr的相应结果进行比较。我们的研究结果表明，四价铈是一个有前途的稳定剂的ThMn $_{12}$结构。我们还表明，一个元素的稳定效果取决于尽可能多的$R$元素的大小上的化合价通过调查$R$ Fe $_{12}$其中$R$被假定为具有一个假设的化合价的基础上的第一性原理计算。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the atomic structure in the vicinity of the spherical voids and calculation of void growth rate anisotropy in bcc iron and tungsten
我们研究了空洞附近的原子结构对其生长速率各向异性的影响。在第一部分中，我们使用先进的分子静力学方法模拟了Fe和W中纳米空洞附近的原子结构。在第二部分中，我们利用前面得到的考虑弹性场影响的方程计算空洞面元的位移率，并利用第一部分的原子结构模拟结果计算应变张量的分量。计算是在宽的温度范围内，在一定的过饱和度下，对几种尺寸的空穴进行的。对上述bcc结构金属的模拟结果表明，在空洞附近沿100、110、111型晶向的原子位移存在显著差异，这种原子位移的各向异性导致表面元素位移率的球对称性降低。结果，最初的球形空隙形状变成了多面的。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Debye temperature of disordered bcc-Fe-Cr alloys
本文根据80- 300 K温度范围内~（57）Fe穆斯堡尔谱中心位移的温度依赖关系，确定了Fe_（100-x）Cr_x（0<x<99.9）无序合金的德拜温度TD。它的成分依赖性表现出一种有趣的非单调行为。对于0<x<~45以及~75<x<~95，德拜温度相对于金属铁的德拜温度值有所提高，并且在x=~3处存在局部最大值，其相对高度为纯铁的~12%。对于~45<x<~75和x>~95，德拜温度小于金属铁的德拜温度，在x=~55处有一个局部最小值，此时TD的相对降低量为~ 12%。第一个最大值与自旋波刚度系数D 0的最大值非常吻合，而在x>~95时观察到的相当陡峭的下降，这表明探针Fe原子与底层铬基体去耦，这可能与构成该组成区间内铬磁结构的自旋密度波有关。根据铁浓度最低的合金（x>99.9）的德拜温度计算的谐波力常数仅为纯铬的23%。
2009-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Temperature-Driven Phase Stability and Structural Evolution of Iron at High Pressure
本文通过有限温度密度泛函理论计算铁的吉布斯自由能相图，揭示高压下由电子温度驱动的hcp到bcc相变，并解释了200 GPa以上bcc相稳定性的实验观测。
2025-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Thermal Induced Structural Competitiveness and Metastability of Body-centered Cubic Iron under Non-Equilibrium Conditions
本研究通过ab initio计算揭示，在非平衡高温条件下，BCC铁因能量下降、声子稳定及高振动熵而具有结构竞争性与亚稳性，为理解地球内核及实验中的铁相变与凝固提供了理论框架。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Elastic Properties of FeC and FeN Martensites
用基于密度泛函理论的从头计算方法计算了体心立方铁和体心立方FeC、FeN合金的单晶弹性常数。应变晶体的能量已被计算在几个值的应变强度使用超胞方法，和刚度系数已被确定从能量与应变关系的平方的斜率。一些三阶弹性常数也进行了评估。体心立方铁的计算值的绝对值是在公平的协议与实验，包括三阶常数，虽然计算的弹性各向异性是比测量弱得多。四边形扭曲的稀释FeC和FeN合金表现出较低的刚度比体心立方铁，特别是在张量分量C33，而弹性各向异性几乎是相同的。还计算了多晶团聚体的弹性模量的平均值。杨氏模量和刚性模量，以及体积模量，减少了约10%，通过添加C或N到3.7原子百分比，这与FeC马氏体的实验数据相一致。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and mechanical properties of copper precipitates in alpha-iron from atomistic simulations
在过去的几十年里，Fe-Cu系统由于其作为Cu钢的模型合金的技术重要性而引起了人们的广泛关注。尽管这些努力，它的相图的几个方面仍然无法解释。在这里，我们使用原子模拟表征的多晶型相图的Cu沉淀物在体心立方（BCC）Fe和建立一个一致的联系，其热力学和机械性能的热稳定性，形状和强度。Cu沉淀物从BCC转变为紧密堆积的9 R结构的尺寸被发现强烈地依赖于温度，从200 K时的直径约4 nm（~ 2，700原子）到700 K时的直径约8 nm（~ 22，800原子）。这些数字与Monzen等人给出的实验数据的解释非常一致。A 80，711（2000）]。强烈的温度依赖性源于BCC Cu的熵稳定，其作为体相是机械不稳定的。在高温下，相变呈现一阶特性，而在温度低于约300 K时，滞后和成核势垒消失。这种行为解释的核心和壳（润湿层）区域的BCC和9 R纳米沉淀物之间的能量差的相互抵消，分别。所提出的机制并不特定于Fe-Cu系统，但通常可以在不混溶系统中观察到，只要少数组分在主体基质的晶格结构中不稳定即可。最后，我们还研究了作为结构和取向的函数的沉淀物与螺位错的相互作用。结果提供了一个连贯的图片沉淀强度，统一以前的计算和实验观察。
2013-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of discrete breathers with primary lattice defects in bcc Fe
以体心立方铁为例，采用原子模拟方法，分析了过渡金属中分立呼吸子与空位、位错、表面等原生晶格缺陷的相互作用。晶格缺陷上的离散呼吸子的散射诱导局部原子激发，强度和弛豫时间取决于缺陷结构和呼吸子动能。计算和分析了散射引起的固有呼吸子能量的耗散。可以得出结论，呼吸缺陷的能量转移可能规定激活的晶格缺陷引起意想不到的非热效应，如增强的质量传递或电塑性，已经实验报道，但迄今尚未完全理解在原子尺度水平。
2015-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Topological Fermi-arc surface resonances in bcc iron
物质的拓扑分类已经扩展到包括以存在拓扑保护带简并为特征的半金属相。在Weyl半金属中，基本的无带隙拓扑相，手征简并在费米能级附近被隔离，并产生费米弧表面态。然而，现在认识到，手征简并普遍存在于具有破缺空间反演（$\mathcal{P}$）或时间反演（$\mathcal{T}$）对称性的系统的能带结构中。这导致了一个广义的拓扑金属的概念，这意味着存在不连续的费米表面片，其特征在于从封闭的手征简并继承的非零陈数。在这里，我们解决的可能性实验观察表面相关的签名的手性金属简并。作为一个有代表性的系统，我们选择体心立方铁，一个良好的研究原型铁磁金属与两个非平凡的电子口袋。我们发现（110）面呈现出与拓扑非平凡电子袋相连的类弧共振。这些费米弧共振是由于两种不同的手征简并，I型基本外尔点和II型复合（陈数$\pm 2$）外尔点，位于费米能级附近的略有不同的能量。我们进一步表明，这些表面共振可以通过改变磁化方向来控制，最终消除拓扑相变。因此，我们的研究表明，复杂的费米弧特征可以在简单的铁磁性铁材料中观察到，并且广泛地说，在极性和磁性材料中可能非常常见。我们的研究也为确定费米弧表面态和共振态，建立它们的拓扑起源和设计控制协议提供了方法上的指导。
2018-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Aluminum depletion induced by complex co-segregation of carbon and boron in a Σ 5 [3 1 0] bcc-iron grain boundary
杂质偏聚引起的晶界原子结构和化学性质的局部变化影响着多晶材料的宏观性能。本文采用原子分辨扫描透射电子显微镜、原子探针层析成像和密度泛函理论计算相结合的方法，研究了碳、硼共偏聚对$α-$ Fe- $4~at.~\%$ Al双晶中$Σ5\,(3\,1\,0\,) [0\,0\,1]$倾斜晶界处Al贫化的影响.原子晶界结构单元大多类似于风筝型图案，并且结构出现被原子尺度缺陷破坏。原子探针层析成像显示，碳和硼杂质共偏析到晶界，达到> 1.5at.1%的水平，而铝被局部耗尽约10%。2~at.第一性原理计算表明，碳和硼表现出最强的偏聚倾向，它们与铝的排斥作用促进其从晶界耗尽。还预测硼原子的替位偏聚可能导致风筝型结构单元的局部扭曲。这些结果表明，共偏析和相互作用的间隙杂质与替代溶质强烈影响晶界组成，并与此接口的性能。
2021-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Alloying effect on the ideal tensile strength of ferromagnetic and paramagnetic bcc iron
利用\emph{ab initio}合金理论，结合精确的muffin-tin轨道理论和相干势近似，我们研究了bcc铁磁/亚铁磁（FFM）和顺磁（PM）Fe $_{1-x}M_{x}$（$M=$ Al，V，Cr，Mn，Co，或Ni）随机合金在$[001]$方向上的理想拉伸强度（ITS）。铁磁（FM）Fe的ITS值为$12.6$，GPa，与现有数据一致，而PM相的ITS值明显较低，为$0.7\,$ GPa。合金化的FM矩阵，我们预测，V，Cr，和Co增加铁的ITS，而Al和Ni降低它。锰产生一个弱的非单调合金化行为。在FM Fe相比，Al和Co的合金化效果PM Fe是颠倒的，ITS的相对大小可以改变更强烈的任何溶质。所有被认为是二进制本质上是脆的和失败的单轴拉伸载荷下的$(001)$平面的分裂在两个磁相。我们表明，以前建立的ITS模型的基础上，结构能量差证明是成功的PM铁合金，但在FFM铁基合金的情况下，使用有限。不同的性能归因于响应于单轴拉伸的磁性和体积变化之间的特定相互作用。我们建立了一个很强的相关性之间的成分效应的ITS和一个上的剪切弹性常数$C'$的粉末冶金合金，并简要讨论了硬化性和ITS之间的关系。
2016-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Phase-field-crystal study of grain boundary premelting and shearing in bcc iron
采用相场晶体（PFC）方法研究了在高同系温度下，在bcc Fe的经典模型中，在整个取向差$0<θ<90^\circ$范围内，$[001]$对称倾斜晶界（GBs）的平衡预熔和非平衡剪切行为.我们表征的依赖性的预熔层的宽度$W$作为温度和取向差的函数，并计算热力学分离势的导数相对于$W$表示晶体-熔体界面之间的结构力由于密度波的空间重叠。分离潜力也计算分子动力学（MD）模拟，定量比较PFC模拟，粗粒度的振幅方程（AE）来自PFC，提供额外的分析见解。我们发现，在一个中间范围内的取向差（$θ_{\rm min}<θ<θ_{\rm max}$）的GB，$W$发散的熔化温度接近从下面，对应于一个纯粹的排斥分离潜力，而在这个范围外的GB（$θ<θ_{\rm min}$或$θ_{\rm max}<θ<90^\circ$），$W$仍然有限的熔点，其值对应于一个浅的吸引力最小的分离潜力。为了响应平行于GB平面的剪切应力，PFC模拟中的GB表现出垂直于该平面的耦合运动，其中耦合因子作为反映两种耦合模式之间的过渡和/或滑动（两种晶粒的剪切）的$θ$的函数的不连续变化。两种耦合模式的耦合因子与以前的理论预测[J. W. Cahn，Y. Mishin，A.铃木，Acta Mater。54，4953（2006）]。
2012-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
External magnetic field suppression of carbon diffusion in iron
University of Illinois, Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本研究通过DFT计算揭示外部磁场通过改变电子密度态结构抑制铁中碳扩散的机制。
2025-11-21 cond-mat.mtrl-sci
A new migration mechanism for oversized solutes in cubic lattices: correlation effects
最近的从头计算表明，体心立方和面心立方铁中的超大溶质原子（OSA）在第一近邻距离（1 NN）处与附近的空位（V）表现出非常强的吸引力。它的吸引力是如此之大，以至于1 NN对OSA+V不再稳定，并自发地向新的构型弛豫，其中OSA位于键的中间，其两端被两个半空位（V/2）装饰。考虑到这个复杂的V/2+OSA+V/2在迁移过程中的形成从来没有这样做过：它需要一个新的配方的相关效应。这是本贡献的目的，它建立了OSA的扩散系数的表达式，并准确地评估BCC和FCC晶格中的相关因子，由于宏跳的引入。该形式主义适用于BCC铁中Y的情况，并将其结果与以前作者所得到的结果进行了比较。结果表明，关联因子的小不是由于OSA的输运机制，而只是由于在OSA附近的空位的跳跃频率。然而，这种小的相关因子被一个大的宏跳频率过度补偿，因此，Y原子在两种结构中的数量级在所有温度下比铁扩散得更快。
2017-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Understanding long-time vacancy aggregation in iron: a kinetic activation-relaxation technique study
空位扩散和团簇过程中的体心立方（bcc）铁研究使用的动力学激活-弛豫技术（k-ART），非晶格动力学蒙特卡罗方法与上的飞行目录建设能力。对于单空位和双空位，k-ART恢复先前发表的结果，而在50个空位的模拟箱中的聚类与实验估计一致。应用k-ART的研究包含从一个到六个空缺的系统的集群路径，我们发现了一套丰富的扩散机制。特别是，我们表明，遵循的路径，以达到一个hexavacancy集群的影响很大的相关的均方位移。聚集在一个50-空位盒也显示了显着的分散体与有效的障碍从0.84到1.1 eV的不同，这取决于所选择的确切途径的弛豫时间。我们隔离缺陷之间的长程弹性相互作用的影响，通过比较，这些影响被故意抑制的模拟。这使我们能够证明，在体心立方铁，抑制长程相互作用主要影响动力学在第一个0.3毫秒，减缓快速能量释放级联更频繁地看到在完整的模拟，而长期的行为和最终状态没有显着的影响。
2014-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-stabilized multimodal high-index twin network in iron
University of Nevada, Reno（内华达大学里诺分校）；Rose-Hulman Institute of Technology（罗斯-赫尔曼理工学院）
本研究通过深度神经网络势和分子动力学模拟，发现氢稳定铁中{332}-{10 9 3}多模态孪晶网络并抑制去孪晶，导致后屈服硬化，揭示了中间相、氢和温度对孪晶路径和网络形成的控制作用。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties and magnetism of iron at the Earth's inner core conditions
我们采用国家的最先进的从头计算模拟的动力学平均场论研究铁的三种可能的阶段（六角密堆积，六角密堆积，面心立方，面心立方，体心立方，体心立方）在地球的核心条件。我们表明，由于相关性的电子自由能的校正可以是显着的相的相对稳定性。在体心立方铁中观察到最强的效应，其显示出非费米液体行为，并且其中均匀可磁化性的Curie-Weiss行为暗示在5800 K和300 GPa下仍然存在局部磁矩。我们预测，所有三个结构有足够高的磁化率，以稳定地球发电机。
2013-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of Non-Heisenberg Magnetic Interactions on Defects in Ferromagnetic Iron
海森堡哈密顿量的基本缺陷突出的背景下，其应用BCC铁，包括晶格缺陷建模时产生的特定问题。交换积分使用磁力定理进行评估。双线性交换耦合常数计算的所有相互作用对的原子磁矩在大型模拟细胞含有缺陷，使直接映射到海森堡哈密顿的磁能，并揭示其局限性。我们提供了一个简单的过程中提取的朗道参数DFT计算，构建海森堡朗道哈密顿量。我们定量地展示了朗道项如何修正交换能超曲面，这对于准确评估缺陷的能量和迁移势垒是必不可少的。
2020-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Phase Field Crystal Study of Symmetric Tilt Grain Boundaries of Iron
本文应用相场晶体模型研究了体心立方铁的三维对称倾斜晶界的结构和能量。模型的参数是用最近发展起来的八阶拟合格式[A. Jaatinen等人，B80，031602（2009）]。由该模型得到的晶界自由能与以往的分子动力学模拟和实验结果吻合较好。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
